임근배 교수팀, 손바닥만한 칩 속 DNA ‘감별사’ 개발

연구성과

임근배 교수팀, 손바닥만한 칩 속 DNA ‘감별사’ 개발

2016-02-22 996

기계 임근배 교수팀, 마이크로 칩 내 입자에 작용하는
수력학‧전기적 힘에 관한 핵심원리 정량적 분석

* 사진설명: 임근배 교수, 전형국 씨, 김영규 씨(좌로부터)

‘칩 속의 실험실’이란 의미의 ‘랩온어칩(Lab on a chip)’은 피 한방울 만으로도 다양한 질병을 바로 진단해낼 수 있어 편리하고 효율이 높은 첨단 기술로 알려져 있다. 하지만, 작은 칩 속에서 자동으로 피 속의 단백질, DNA를 빠르게 분리하고, 정확하게 진단해야 하기 때문에 바이오칩 연구 중에서도 가장 어려운 연구로 꼽힌다.

POSTECH 기계공학과 임근배 교수, 통합과정 전형국‧학부 김영규씨 팀은 이러한 랩온어칩에 가장 중요한 기술 중 하나인 입자 연속 분리 기술을 새롭게 개발, 이 분야 권위지인 네이쳐 자매지 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)를 통해 발표했다.

연구팀은 마이크로 칩 내에 들어온 입자에 작용하는 수력학적‧전기적 힘에 관한 핵심원리를 밝힘과 동시에 수십 마이크로미터(㎛)에서 수 나노미터(nm) 크기에 이르기까지 다양한 크기의 입자들을 분리하는 데에도 성공했다. 특히 이 분리 기술은 장치 속 전극이 아니라 외부의 전극을 이용해 훨씬 간단한 방법으로 우수한 분리효율을 보여 활용 가능성을 기대케 한다.

마이크로 칩 속에서 입자를 분리하는 대표적인 기술은 전기영동^*1력을 이용한 것으로 주로 장치 내의 전극을 이용하는데, 이 기술은 분리 과정에서 기포가 발생해 정확한 분리를 할 수 없다는 단점이 있었다.

임 교수팀은 압력 구동 유동^*2과 전기장을 동시에 칩에 일으키며 입자들의 움직임을 조절하고 원하는 대로 분리하는 한편, 이에 따른 유체 저항력과 전기영동력을 분석했다.

그 결과 외부의 전극을 이용해 기존의 칩보다 훨씬 간단하면서 값싼 장치 제작이 가능하고, 기포 문제 역시 일으키지 않는 새로운 입자 분리기술을 개발했다.

이 기술은 세포 크기부터 세포 크기의 1/1000 보다 작은 크기의 입자까지 다양한 입자들을 분리해낼 수 있어 생화학 분석 장치나 검출 장치에 활용할 수 있을 뿐 아니라, 분리 장치의 구조가 작고 간단해 단백질이나 DNA와 같은 생체분자 분리에도 활용될 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

1. 전기영동

전극 사이의 전기장 속에서 용액 속의 전하를 가진 입자들이 반대 전하의 전극을 향해 이동하는 화학 현상

2. 압력 구동 유동

압력 차이에 의해 액체 또는 기체 상태의 물질이 흘러 움직이는 현상